還沒有過(guò)去的2016年又一次被稱作了“史上最熱年”，截止8月，已經(jīng)連續(xù)16個(gè)月刷新了地球的高溫紀(jì)錄。這么熱的天氣，難免引起科學(xué)家們對(duì)冰川融化以及海平面上升的擔(dān)憂，于是一切又回到了一個(gè)老問題——如何控制溫室氣體。
除了不斷涌現(xiàn)并且五花八門的“固碳”方法外，尋找替代石化燃料的新能源也是一條必循之路。讓人又愛又怕的核能則始終是其中一個(gè)選項(xiàng)。除了零排放、占地小和效率高等有點(diǎn)外，核能(裂變能)最為人詬病的無(wú)非是安全性和核廢料。
關(guān)于核廢料，目前采取的主要方法是深埋，而考慮到核廢料超長(zhǎng)的半衰期(最長(zhǎng)的元素超過(guò)20萬(wàn)年)，以及現(xiàn)有建筑材料相對(duì)較低的壽命，公眾的擔(dān)心也不無(wú)道理。
近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的研究人員可能找到了一條全新的核廢料看管途徑。他們發(fā)現(xiàn)，某些自然存在的細(xì)菌可以消耗核廢料庫(kù)中可能造成危險(xiǎn)的氫氣，而這將會(huì)有助于我們更好地處置核廢料。
EPFL的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在核廢料處置領(lǐng)域意想不到的盟友——細(xì)菌。他們研究的主要對(duì)象是一種由7種細(xì)菌組成的菌落，自然條件下這些細(xì)菌在地下數(shù)百米的巖層中生存，而這些巖層恰恰就是瑞士核廢料的填埋處。
他們發(fā)現(xiàn)，只需簡(jiǎn)單調(diào)整一下核廢料庫(kù)的設(shè)計(jì)就能使這些細(xì)菌化敵為友，它們可以消耗積聚在鋼罐上的氫氣使其安全性增加。因?yàn)槿绻粚?duì)這些氫氣加以控制，累積的氣體壓力具有破壞主體巖石完整性而造成核泄漏的隱患。這項(xiàng)研究成果于今年10月14日發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
核廢料的放射性需要大約20萬(wàn)年才能恢復(fù)到正常水平——自然界中天然存在的鈾的放射水平。因此，以往大多數(shù)關(guān)于如何長(zhǎng)期又安全地處置核廢料的研究都著眼于地質(zhì)學(xué)，即尋找合適的掩埋巖層。然而，所有以往研究都忽略了一個(gè)關(guān)鍵因素，這也是本項(xiàng)研究的著眼點(diǎn)：生物學(xué)。
地下的生命
細(xì)菌隨處可見，甚至是在數(shù)百米的地下。根據(jù)該研究論文的通訊作者里茲蘭˙伯尼爾˙拉特瑪尼(Rizlan Bernier-Latmani)的說(shuō)法，這些細(xì)菌會(huì)饑不擇食地?fù)湎蛉魏慰捎玫哪茉础?/p>
“在泰利山巖石實(shí)驗(yàn)室(Mont TerriRock Laboratory)地下300米的水樣中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有著封閉食物鏈的菌群，其中有許多未曾謀面的細(xì)菌。原始條件下，位于該菌落食物鏈底部的細(xì)菌從主體巖石中的氫和硫酸鹽中獲取能量，在這基礎(chǔ)上，這些底層細(xì)菌又為食物鏈中更高級(jí)的細(xì)菌提供了能量。”拉特瑪尼這樣解釋此菌落的生存模式。
深埋在500米地下的核廢料
然而核廢料的加入，改變了這種狀況。儲(chǔ)存核廢料的鋼罐要被玻璃化并密封，再用一層厚厚的自密封膨潤(rùn)土包圍，埋在數(shù)百米地下——地質(zhì)穩(wěn)定的硬泥巖層(Opalinus Clay)，放射性廢料與周圍環(huán)境隔絕。但是鋼罐不可避免地會(huì)被腐蝕，這就導(dǎo)致了氫氣的產(chǎn)生。
不間斷地減壓
5年前，拉特瑪尼的團(tuán)隊(duì)第一次在核廢料處理領(lǐng)域提出他們的假設(shè)，并于兩年前付諸實(shí)踐。“我們?cè)黾犹├接材鄮r層中心區(qū)域的氫氣含量，然后通過(guò)生物化學(xué)途徑和蛋白質(zhì)監(jiān)測(cè)分析菌落的組成，以及它們各自對(duì)氫氣含量變化所作出的響應(yīng)。”
累積的氫氣會(huì)升高壓力，使巖層產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致核泄漏。
一旦細(xì)菌耗光了所有可用的氧和鐵，研究人員就會(huì)測(cè)量到細(xì)菌數(shù)量和新陳代謝的變化，這些都是由于它們利用了氫氣所致。拉特瑪尼解釋說(shuō)：“能夠利用氫氣驅(qū)動(dòng)其代謝的兩種細(xì)菌蓬勃發(fā)展，而其他種類則被這兩種細(xì)菌的生長(zhǎng)所壓制。這是個(gè)好消息，因?yàn)檫@說(shuō)明了菌落的增殖有助于防止氫氣的積聚。”
核廢料的生物屏障
那么，如何使用這些發(fā)現(xiàn)來(lái)使核廢料堆放倉(cāng)庫(kù)更安全呢?拉特瑪尼建議在原有的三個(gè)核廢料屏障基礎(chǔ)上增加第四個(gè)屏障——生物屏障。“我們可以在膨潤(rùn)土和主體巖石之間添加一層多孔材料，這種多孔層將為細(xì)菌提供一個(gè)理想的棲息地，使其可以從宿主巖石中提取硫酸鹽，并消耗氫氣。”
但是有一個(gè)問題仍然困擾著研究者：對(duì)這種菌落的基因組研究發(fā)現(xiàn)消耗氫氣并不是這些微生物所做的全部——它們還具有將氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷的能力，這是他們不希望看到的。“半年多以來(lái)，我們一直在泰利山的實(shí)驗(yàn)室觀察這些細(xì)菌是否真的會(huì)生成甲烷，目前還沒有得出確切結(jié)論。”
